咪唑溴化物離子液體的合成工藝研究

劉政權(quán)，陳麒文，魏永祥

(濱州學(xué)院 化工與安全學(xué)院，山東 濱州 256603)

離子液體是完全由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)(或有機(jī))陰離子構(gòu)成的鹽，在室溫或室溫附近呈液態(tài)，也稱低溫熔融鹽，有機(jī)離子液體等，尚無(wú)統(tǒng)一名稱，但傾向于簡(jiǎn)稱離子液體[1-2]一種綠色溶劑。

離子液體種類繁多，一般陽(yáng)離子為有機(jī)成分，并根據(jù)陽(yáng)離子的不同來(lái)分類[3]。改變陽(yáng)離子和陰離子的不同組合，可以設(shè)計(jì)合成出不同的離子液體。將離子液體作為介質(zhì)同時(shí)將固載化離子液體催化或超臨界萃取或生物催化或微波加熱等現(xiàn)代綠色先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于反應(yīng)中可以開(kāi)辟新的化學(xué)研究領(lǐng)域，對(duì)面臨環(huán)境污染，生存安全等重要問(wèn)題的行業(yè)帶來(lái)了突破性進(jìn)展[4]。

[Bmim]Br是一種咪唑類離子液體，在室溫下呈液態(tài)，具有離子液體典型的特征和優(yōu)點(diǎn)[5]，在油品脫硫脫氮等方面具有廣泛的用途[6]，因此其合成方法研究倍受重視。本文采用溴代正丁烷和1-甲基咪唑?yàn)樵虾铣闪薣Bmim]Br，對(duì)其合成條件進(jìn)行了優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

溴代正丁烷,1-甲基咪唑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；丙酮，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

HDM-1000D數(shù)顯攪拌電熱套，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；遠(yuǎn)紅外快速鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；電子天平，北京塞多利斯天平有限公司。

1.3 [Bmim]Br的合成

采用直接合成法合成溴代1-丁基-3-甲基咪唑，步驟如下：量取一定量的1-甲基咪唑，將其放入裝有冷凝管的三口燒瓶?jī)?nèi)，加入溶劑丙酮，量取一定量的溴代正丁烷緩慢加入三口燒瓶中，檢查設(shè)備連接無(wú)誤后，開(kāi)啟控溫電熱套開(kāi)始加熱，一定時(shí)間后會(huì)形成粘稠狀的金黃色液體，停止加熱后，將產(chǎn)物洗滌后移入真空干燥箱中，將其干燥至恒重，計(jì)算產(chǎn)率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)離子液體收率的影響

選取1-甲基咪唑溴與代正丁烷的物質(zhì)的量配比為1∶1.0，反應(yīng)溫度70℃。在此條件下考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)[Bmim]Br收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同時(shí)間下離子液體的收率

由反應(yīng)時(shí)間對(duì)[Bmim]Br收率的影響趨勢(shì)圖可以看出，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，收率是逐漸增大的，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，并不是收率越高越好。在24h之前收率增長(zhǎng)速度很快，但在24h之后雖然仍有增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度不大。所以可以認(rèn)為，在24h左右收率最佳。

2.2 溫度對(duì)離子液體收率的影響

選取1-甲基咪唑溴與代正丁烷的物質(zhì)的量配比為1∶1.0，反應(yīng)時(shí)間為24h，測(cè)定了不同反應(yīng)溫度下離子液體的收率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖2所示。

圖2 不同溫度下離子液體的收率

由反應(yīng)溫度對(duì)[Bmim]Br收率的影響趨勢(shì)圖可以看出，隨溫度的升高，收率先是有明顯改變，到達(dá)一定溫度后，收率基本不變。從實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，在50℃之前增長(zhǎng)幅度很大，在60℃時(shí)離子液體顏色明顯加深，70℃之后收率雖仍有增長(zhǎng)，但從增長(zhǎng)曲線看，已趨于平緩，從經(jīng)濟(jì)角度及節(jié)能角度考慮，70℃可作為最佳溫度。

2.3 物質(zhì)的量配比對(duì)離子液體收率的影響

選取反應(yīng)時(shí)間為24h，反應(yīng)溫度為70℃，測(cè)定了1-甲基咪唑與溴代正丁烷不同物質(zhì)的量配比下離子液體[Bmim]Br的收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同物質(zhì)的量比下離子液體收率

由不同物質(zhì)的量配比對(duì)的影響圖可以看出，隨物質(zhì)的量比的改變即溴代正丁烷量的增加，收率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在物質(zhì)的量比1∶1.2之后，物質(zhì)的量比率再增大，[Bmim]Br收率雖然仍有增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度不大。所以可以認(rèn)為，物質(zhì)的量比在1∶1.2時(shí)收率最佳。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)可以知道影響離子液體合成的因素主要是反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、原料物質(zhì)的量比，為此設(shè)計(jì)了三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)表。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，反應(yīng)條件的選擇對(duì)離子液體的收率有很明顯的影響。由極差分析可知，反應(yīng)溫度對(duì)收率影響最大，配料比次之，最后是反應(yīng)時(shí)間。由k1、 k2、k3值可以得出最優(yōu)化的[Bmim]Br合成工藝條件為：反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間為24h，物質(zhì)的量配料比為1∶1.0。

3 結(jié)論

(1)時(shí)間溫度物質(zhì)的量比對(duì)離子液體的合成有重要影響。

(2)正交試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度對(duì)離子液體的合成影響最大，配料比次之，最后是時(shí)間的影響。最佳合成條件：溫度70℃，時(shí)間24h，物質(zhì)的量配料比1∶1.0。